【代码质量】嵌入式编程节约内存技巧

1.写在前面

  嵌入式开发，不同于PC、移动设备（手机、平板）以“GB”为单位的存储空间（ROM）和内存（RAM）。尤其是MCU、SOC，RAM是KB级别的容量，ROM则稍微较大；当然也有较大容量的MCU选择，成本也跟着上去。MCU类的产品出货量大，成本控制比较苛刻，所以在选择MCU时，老板当然希望占用资源越小越好，进而控成本。因此，我们在程序编码时，就需要考虑资源问题，甚至要使用上一些“手段”来控制，平衡资源和效率，尽可能降低固件占用资源同时保证效率。

2.一些技巧

  程序界有句比较熟悉的话：“时间换空间、空间换时间”，字面意思就是资源空间和程序执行时间的权衡。比如，数据放在ROM中和RAM中时，两者的读取速度就不一样。本文目的是“节约内存”为出发点，所以对于一些处理技巧上，效率肯定会打折扣，这就是一个“权衡”问题，需根据具体实际应用场合来选择。

  [1] ROM代替RAM
  前面提到，MCU的ROM往往远大于RAM，而且ROM和RAM的成本6:1，常量数据可以存在在ROM中。常规操作就是加“const”修饰。

  [2] 用位域
  对于一些变量并未使用完整个数据类型范围，可以使用位域，未使用到的位留给其他使用。如1字节变量就可以实现8个bool型操作。位域常用在结构体中。

struct type
{
  uint8_t  select : 1;
  uint8_t  calc :  7;
};

  [3] 传递指针（地址）
  对于MCU裸机编程或者带RTOS（实时系统）编程，虽然没有明确的驱动、应用分层界限，但为了提高程序可移植性和可读性，也会做一些分层处理。底层驱动提供的接口应该是以指针（地址）方式作为形参，而且中间尽量避免一些内存拷贝。即，最终的内存空间应是由应用层申请的。

uint8_t driver_fun(void *buf);
uint8_t app_fun()
{
  uint8_t buf[10];
  driver_fun(buf);
}

  [4] 逐个处理
  对于处理，可以将某段内存数据首地址直接传递到调用函数，由函数内部实现内存偏移处理。换一个方式处理，也可以单个数据传入，牺牲效率以换取内存。最常见的情况有：
1）串口编码发送。比如用户端发送“abcdef”，实际需编码成“12abcdef34”发送。如果单个字符发送则可以节约中间编码时临时内存拷贝的开销，但效率明显降低。
2）串口接收。接收组串口字符数据并解析，单字节读读取缓存数据并解析，解析完则处理；比获取一定长度的数据再解析要节约一段内存。

  [5] 共享内存
  多个任何函数使用一段内存，可以进行“分时复用”。

  [6] 内存池
  对于嵌入式开发，特别是MCU类编程，一般不建议使用malloc/new等动态内存分配，因为多次申请释放过程会产生内存碎片，而MCU类内存并不大，容易导致内存申请不失败导致程序异常甚至崩溃。如果内存实在吃紧，可以使用“内存池”。

  内存池，在操作系统中很常见，我们也可以自己实现一套简易的内存池算法。内存池基本原理就是以链表的结构实现一定数量、相同大小的内存块，使用时从该内存池中申请指定大小的内存块，使用完释放，效率提升并降低碎片化。内存池只是降低碎片化，非完全杜绝，一般情况下，MCU类编程少用动态内存，严格场合不用。

  [7] 编译器优化
  这个是编译器选项的设置，对于自身代码有足够的信心，可以尽可能使用编译器的高优化选项。,这项慎用，代码不严谨易导致一些异常问题。